RU216474U1 - Spacecraft for launching a constellation of CubeSat nanosatellites - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым для выведения группировки наноспутников стандарта Cubesat. Предлагаемый КА для вывода группировки наноспутников, имеет форму восьмиугольной вытянутой призмы, в состав него входят наноспутники стандарта Cubesat, расположенные в стандартных транспортно-пусковых контейнерах форматом 12U, которые закреплены с одной стороны фермой, с другой - кронштейнами на боковых гранях корпуса КА, оптико-электронный телескопический комплекс для проведения ДЗЗ, комплексная двигательная установка для коррекции и вывода на орбиту КА, антенны для связи с наземным комплексом управления, антенны для связи с наноспутниками, набор панелей солнечных батарей, а также необходимая для функционирования КА бортовая аппаратура. Космический аппарат для группового выведения наноспутников стандарта CubeSat позволяет создавать на заданной орбите управляемую группировку наноспутников. Наличие транспортно-пусковых контейнеров в составе КА и резервирование позволяет осуществлять восполнение вышедших из строя наноспутников на орбите. Вытянутая конструкция КА позволяет использовать оптико-электронный телескопический комплекс с высоким разрешением для дистанционного зондирования Земли. Наличие двух видов антенн позволяет КА обеспечивать управление и выступать в качестве ретранслятора для наноспутников.

The utility model relates to rocket and space technology, namely to devices used to launch a constellation of nanosatellites of the Cubesat standard. The proposed spacecraft for launching a constellation of nanosatellites has the shape of an octagonal elongated prism, it includes nanosatellites of the Cubesat standard, located in standard 12U transport and launch containers, which are fixed on one side by a truss, on the other - by brackets on the side faces of the spacecraft body, optical an electronic telescopic complex for remote sensing, a complex propulsion system for correcting and putting the spacecraft into orbit, antennas for communication with the ground control complex, antennas for communication with nanosatellites, a set of solar panels, as well as on-board equipment necessary for the functioning of the spacecraft. The CubeSat standard nanosatellite launch vehicle makes it possible to create a controlled array of nanosatellites in a given orbit. The presence of transport-launch containers as part of the spacecraft and redundancy makes it possible to replenish failed nanosatellites in orbit. The elongated design of the spacecraft makes it possible to use a high-resolution optical-electronic telescopic complex for remote sensing of the Earth. The presence of two types of antennas allows the spacecraft to provide control and act as a repeater for nanosatellites.

Description

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым для выведения группировки наноспутников стандарта Cubesat.The utility model relates to rocket and space technology, namely to devices used to launch a constellation of nanosatellites of the Cubesat standard.

Рассматривая варианты способов выведения группы спутников, можно отметить, что в настоящее время могут применяться различные закрепления спутников на адаптере космического аппарата (КА) под разгонный блок или, например, специальные адаптеры, такие как в RU 2226482 C2, RU 2624959 C1, RU 2293688 C1, RU 2725824 C1. Все они позволяют вывести группировку спутников на заданные орбиты, и, на этом их миссия заканчивается. Время функционирования группировки спутников будет зависеть от разных факторов, среди которых можно выделить: высота орбиты, срок безотказной работы спутников, возможность полноценно осуществлять общую задачу при выходе из строя одного или нескольких спутников группировки. Поэтому для повышения срока службы группировки спутников целесообразнее использовать космический аппарат (КА), который сможет восполнять вышедшие из строя спутники непосредственно на орбите, осуществлять управление, корректировку орбиты и выполнять роль надёжного ретранслятора группировки. Considering the options for launching a group of satellites, it can be noted that at present various fixings of satellites on the spacecraft (SC) adapter for the upper stage or, for example, special adapters can be used, such as in RU 2226482 C2, RU 2624959 C1, RU 2293688 C1 , RU 2725824 C1. All of them allow you to bring a constellation of satellites into specified orbits, and this is where their mission ends. The operation time of a constellation of satellites will depend on various factors, among which we can distinguish: the height of the orbit, the period of failure-free operation of satellites, the ability to fully carry out a common task in the event of failure of one or more satellites of the constellation. Therefore, in order to increase the service life of a constellation of satellites, it is more expedient to use a spacecraft (SC) that can replenish failed satellites directly in orbit, control, correct the orbit, and act as a reliable repeater of the constellation.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, направлена на создание на орбите управляемой группировки спутников путём использования КА, позволяющего доставлять на орбиту спутники класса «нано», восполнять вышедшие из строя спутники, осуществлять дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ), при этом данный КА должен обеспечивать управление и выступать в качестве мощного ретранслятора для выводимой группировки.The technical problem solved by the proposed utility model is aimed at creating a controlled constellation of satellites in orbit by using a spacecraft that allows delivering nano-class satellites into orbit, replenishing failed satellites, and performing remote sensing of the Earth (ERS), while this spacecraft must provide control and act as a powerful repeater for the output grouping.

Предлагаемое нами устройство представляет из себя КА для вывода группировки наноспутников, которое имеет форму восьмиугольной вытянутой призмы, в состав него входят наноспутники стандарта Cubesat, расположенные в стандартных транспортно-пусковых контейнерах (ТПК) форматом 12U, которые закреплены с одной стороны фермой, с другой - кронштейнами на боковых гранях корпуса КА, оптико-электронный телескопический комплекс для проведения ДЗЗ, комплексная двигательная установка (КДУ) для коррекции и вывода на орбиту КА, антенны для связи с наземным комплексом управления (НКУ), антенны для связи с наноспутниками, набор панелей солнечных батарей, а также необходимая для функционирования КА бортовая аппаратура.The proposed device is a spacecraft for launching a constellation of nanosatellites, which has the shape of an octagonal elongated prism, it includes nanosatellites of the Cubesat standard, located in standard 12U transport and launch containers (TLCs), which are fixed on one side by a truss, on the other - brackets on the side faces of the hull of the spacecraft, an optoelectronic telescopic complex for remote sensing, an integrated propulsion system (CPU) for correcting and placing the spacecraft into orbit, antennas for communication with the ground control complex (GCC), antennas for communication with nanosatellites, a set of solar panels batteries, as well as on-board equipment necessary for the functioning of the spacecraft.

Наиболее близким аналогом предлагаемого КА является адаптер для попутного выведения полезных нагрузок RU 2624959 C1.The closest analogue of the proposed spacecraft is the adapter for passing payloads RU 2624959 C1.

Отличие от ближайшего аналога заключается: The difference from the closest analogue is:

1. КА управляет группировкой наноспутников и обеспечивает устойчивую связь в ней и наземным комплексом управления.1. The spacecraft controls the nanosatellite constellation and provides stable communication in it and the ground control complex.

2. КА восполняет вышедшие из строя наноспутники путём выведения новых спутников из числа, зарезервированных и хранившихся в транспортно-пусковых контейнерах расположенных на борту КА, в течение всего времени существования группировки.2. The spacecraft replenishes the failed nanosatellites by removing new satellites from the number reserved and stored in the transport and launch containers located on board the spacecraft, during the entire time of the constellation's existence.

3. КА может осуществлять дистанционное зондирование Земли с высокой степенью разрешения, благодаря предложенной вытянутой геометрической форме, обусловленной размещением большого количества ТПК с наноспутниками.3. The spacecraft can carry out remote sensing of the Earth with a high degree of resolution, thanks to the proposed elongated geometric shape, due to the placement of a large number of TPK with nanosatellites.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что управление и связь с группировкой наноспутников обеспечивается путем установки в КА отдельного набора антенн, отличных по своим характеристикам и направленности, от антенн, предназначенных для осуществления связи с наземным комплексом управления. Вывод на орбиту и восполнение вышедших из строя наноспутников реализуется с помощью транспортно-пусковых контейнеров формата 12U, установленных на предлагаемый КА. В каждый из таких ТПК могут устанавливаться наноспутники стандарта Cubesat с требуемым количеством юнитов, например, два шести юнитовых - Cubesat 6U, один из которых выводится, а другой остаётся в резерве. Это позволяет повысить срок активного существования группировки. Благодаря вытянутой форме аппарата, проведение ДЗЗ осуществляется оптико-электронным телескопическим комплексом с высоким разрешением. The stated technical problem is solved due to the fact that control and communication with the nanosatellite constellation is provided by installing in the spacecraft a separate set of antennas that differ in their characteristics and directivity from the antennas intended for communication with the ground control complex. Launching into orbit and replenishment of failed nanosatellites is carried out with the help of transport and launch containers of the 12U format installed on the proposed spacecraft. Each of these TPKs can be equipped with nanosatellites of the Cubesat standard with the required number of units, for example, two of six units - Cubesat 6U, one of which is being withdrawn and the other remains in reserve. This allows you to increase the period of active existence of the group. Due to the elongated shape of the apparatus, remote sensing is carried out by an optical-electronic telescopic complex with high resolution.

Устройство представлено на следующих чертежах:The device is shown in the following drawings:

фиг. 1 - схема устройства во фронтальном разрезе;fig. 1 - diagram of the device in frontal section;

фиг. 2 - схема устройства в горизонтальном разрезе, вид снизу;fig. 2 - scheme of the device in a horizontal section, bottom view;

фиг. 3 - общий вид устройства во фронтальном разрезе.fig. 3 is a general view of the device in frontal section.

КА состоит из корпуса, выполненного в форме восьмиугольной призмы. В верхней части корпуса на внешней стороне двух боковых панелей располагаются антенны 1 для связи с наноспутниками группировки. Внутренняя часть корпуса КА делится на три основных отсека. Верхний отсек, скреплённый с верхней панелью корпуса, содержит комплексную двигательную установку 2, предназначенную для корректировки орбиты КА, а также для его ориентации и стабилизации. Отсек расположенный ниже содержит бортовую аппаратуру 3 КА. В нижнем, самом большом отсеке находятся тридцать два транспортно-пусковых контейнера 5 с наноспутниками стандарта CubeSat. ТПК расположены по четыре на каждой боковой панели корпуса и закреплены с одной стороны фермой 6, с другой кронштейнами на боковых панелях корпуса КА. В центре корпуса КА располагается оптико-электронный телескопический комплекс 4 для проведения дистанционного зондирования Земли. Антенны связи с наземным комплексом управления 7 направлены к Земле и находятся на внешней стороне двух боковых панелей корпуса КА в его нижней части. Панели солнечных батарей 8 закреплены на поворачиваемых устройствах крепления на шести боковых панелях корпуса в верхней части КА.The spacecraft consists of a body made in the form of an octagonal prism. In the upper part of the body on the outer side of the two side panels there are antennas 1 for communication with the constellation nanosatellites. The interior of the spacecraft body is divided into three main compartments. The upper compartment, fastened to the upper panel of the hull, contains an integrated propulsion system 2, designed to correct the spacecraft's orbit, as well as to orient and stabilize it. The compartment located below contains the onboard equipment of 3 spacecraft. In the lower, largest compartment, there are thirty-two transport and launch containers 5 with nanosatellites of the CubeSat standard. TPKs are located four on each side panel of the housing and are fixed on one side with a truss 6, on the other side with brackets on the side panels of the spacecraft housing. In the center of the spacecraft body there is an optical-electronic telescopic complex 4 for remote sensing of the Earth. Antennas for communication with the ground control complex 7 are directed to the Earth and are located on the outer side of the two side panels of the spacecraft body in its lower part. The solar panels 8 are fixed on rotatable fastening devices on the six side panels of the case in the upper part of the spacecraft.

Полезная модель используется следующим образом. В транспортно-пусковые контейнеры КА устанавливаются наноспутники, затем КА выводится на опорную орбиту ракетой-носителем. С помощью комплексной двигательной установки КА корректирует свою орбиту, выполняются процедуры по стабилизации и ориентации КА. Затем раскрываются панели солнечных батарей. После чего с противоположных сторон КА начинается попарное отделение наноспутников первой очереди (не стоящих в резерве) с помощью механизмов ТПК. Такой способ отделения позволяет погасить возникающий моменты отклонения КА. Затем наноспутники с помощью индивидуальной газовой двигательной установки, например, разработанной в АО ОКБ «Факел», занимают позицию на необходимом расстоянии от КА и приступают к выполнению своих задач. Параллельно начинает функционирование оптико-электронный телескопический комплекс для проведения ДЗЗ. Наземный комплекс управления осуществляет управление группировкой наноспутников посредством КА. Данные с наноспутников передаются в НКУ через высокоскоростную радиолинию КА. В случае выхода из строя одного из наноспутников группировки, будет произведен вывод резервного наноспутника из соответствующего ТПК, что позволит сохранить работоспособность всей группировки на протяжении длительного времени. The utility model is used as follows. Nanosatellites are installed in the transport and launch containers of the spacecraft, then the spacecraft is launched into the reference orbit by a launch vehicle. With the help of an integrated propulsion system, the spacecraft corrects its orbit, and procedures for stabilizing and orienting the spacecraft are performed. Then the solar panels are revealed. After that, from opposite sides of the spacecraft, the pairwise separation of nanosatellites of the first stage (not standing in reserve) begins with the help of TPK mechanisms. This method of separation makes it possible to extinguish the arising moments of deflection of the spacecraft. Then the nanosatellites, with the help of an individual gas propulsion system, for example, developed at JSC OKB Fakel, take up a position at the required distance from the spacecraft and begin to perform their tasks. At the same time, an optical-electronic telescopic complex for remote sensing begins to operate. The ground control complex controls the nanosatellite constellation by means of the spacecraft. Data from nanosatellites are transmitted to the NKU through a high-speed radio link of the spacecraft. In case of failure of one of the nanosatellites of the constellation, the backup nanosatellite will be withdrawn from the corresponding TPK, which will keep the entire constellation operational for a long time.

Технический результат использования полезной модели заключается в возможности создания на заданной орбите управляемой группировки наноспутников стандарта CubeSat. Наличие транспортно-пусковых контейнеров в составе КА с резервными спутниками позволяет осуществлять восполнение вышедших из строя наноспутников на орбите. Вытянутая конструкция КА позволяет использовать оптико-электронный телескопический комплекс с высоким разрешением для дистанционного зондирования Земли. Наличие двух видов антенн позволяет КА обеспечивать управление и выступать в качестве ретранслятора для наноспутников.The technical result of using the utility model is the possibility of creating a controlled constellation of nanosatellites of the CubeSat standard in a given orbit. The presence of transport and launch containers as part of a spacecraft with backup satellites makes it possible to replenish failed nanosatellites in orbit. The elongated design of the spacecraft makes it possible to use a high-resolution optical-electronic telescopic complex for remote sensing of the Earth. The presence of two types of antennas allows the spacecraft to provide control and act as a repeater for nanosatellites.

Список использованных источников:List of sources used:

1. Патент № RU 2226482 C2. 1. Patent No. RU 2226482 C2.

2. Патент № RU 2624959 C1.2. Patent No. RU 2624959 C1.

3. Патент № RU 2293688 C1.3. Patent No. RU 2293688 C1.

4. Патент № RU 2725824 C1. 4. Patent No. RU 2725824 C1.

Claims (4)

1. Космический аппарат для выведения группировки наноспутников стандарта CubeSat, состоящий из корпуса, выполненного в форме вытянутой восьмиугольной призмы, фермы с закреплёнными на ней транспортно-пусковыми контейнерами для наноспутников стандарта CubeSat, и снабженный двигательной установкой.1. A spacecraft for launching a constellation of nanosatellites of the CubeSat standard, consisting of a body made in the form of an elongated octagonal prism, a truss with transport and launch containers for CubeSat standard nanosatellites fixed on it, and equipped with a propulsion system. 2. Космический аппарат для выведения группировки спутников по п. 1, отличающийся тем, что имеет набор отдельных антенн для связи с наноспутниками и управления ими.2. A spacecraft for launching a constellation of satellites according to claim 1, characterized in that it has a set of separate antennas for communicating with and controlling nanosatellites. 3. Космический аппарат для выведения группировки спутников по п. 1, отличающийся тем, что имеет на своём борту резервные транспортно-пусковые контейнеры с наноспутниками.3. A spacecraft for launching a constellation of satellites according to claim 1, characterized in that it has on board reserve transport and launch containers with nanosatellites. 4. Космический аппарат для выведения группировки спутников по п. 1, отличающийся тем, что имеет на своём борту оптико-электронный телескопический комплекс, позволяющий осуществлять дистанционное зондирование Земли с высокой степенью разрешения, благодаря предложенной вытянутой геометрической форме.4. A spacecraft for launching a constellation of satellites according to claim 1, characterized in that it has on its board an optical-electronic telescopic complex that allows remote sensing of the Earth with a high degree of resolution, thanks to the proposed elongated geometric shape.

Images